基于SG3525芯片的大功率恒压/恒流LED电源研制 - 全文

本文介绍了以SG3525是控制芯片和半桥变换的拓扑结构，输出恒压/恒流12V/20A，负载输出小于0.6W当负载大于0时，是恒流工作模式.6W在恒压模式下工作，最大输出功率为240W，且电流均匀可调、较宽输入电压范围、低输出纹波的大功率LED电源。

1、系统结构设计

本文设计的电源主要包括输入保护EMI滤波电路、全桥整流电路、半桥式DC-DC变换电路、反馈电路和控制驱动电路的一般电路结构如图1所示。输入交流电压后，通过EMI过滤电源工作中产生的电磁干扰，然后进行整流。取样负载电流和电压后，从控制电路反馈到控制电路，最后改变两个MOSFET实现精确的电流或电压控制。

图1 电源系统结构图

电源的主拓扑结构采用半桥式变换器，如图1所示。它是在推拉变换器的基础上发展起来的。它包括由两个功率开关管组成的半桥、两个电容器和高频变压器。桥式电路将输入的直流电转换为高频方波交流，然后通过高频变压器降压、副边高频整流和滤波后输出直流。适用于输出功率大的场合，属于隔离变压器拓扑结构。

由专用集成芯片控制和驱动电路SG3525及其外围电路PWM芯片调制范围为100~400kHz，当选择频率过低时，输出波形脉动较大。如果需要输出波形，频率应高于20kHz，如果频率过高，对开关管的要求会更高，成本也会更高。市场上的开关频率一般为50~100kHz综合考虑，1-4，本设计采用60kHz。

2、SG3525控制芯片介绍及设置

2.1、芯片结构及特性

SG3525的内部结构如图2所示，由基准电压调整器、振荡器、误差放大器、比较器、锁存器、欠压锁定电路、闭锁控制电路、软起动电路和输出电路构成。

图2 芯片SG3525的内部结构

通过调节SG5脚上的电容和6脚上的电阻改变输出控制信号PWM调整9脚COMP电压可改变输出脉宽，可改善开关电源的动态性能，简化控制电路的设计。

2.2.芯片的主要功能

(1)欠压锁定功能

当15管脚电压Vc小于8V当设置欠压锁定电路时，欠压锁定器输出高电平信号，然后通过或非门输出转换为低电平信号输出T1和T基极，晶体管T1和T5关断，SG3525的13脚输出为Vc，无控输出11脚和14脚，实现欠压锁定。

(2)系统故障关闭功能

当系统过流时，过流保护电路将输送到10英尺的高电平T基极与两个或非门相连，故障信号产生的关闭过程与欠电压锁定过程相似。

(3)软启动功能

主要原因是软启动功能T3.8管脚外接电容C实现了锁定器。欠压或过流故障发生时，欠压锁定器的高电平传输到T3晶体管基极，T外部电容器导通8引脚C提供放电方式，C3经T3放电到零电压后，比较器受到限制PWM脉冲输出，使PWM比较器输出为高电平，PWM高电平经PWM锁定器输出到或非门仍然是恒定的逻辑高电平，晶体管T1和T5关断，封锁输出。故障消除后，欠压锁定器输出恢复到低电平正常值，T3截止，C3电容由50μA电流源充电缓慢，C3充电对PWM比较器和PWM锁定器的输出会影响两个或非门的输出脉冲，导致输出脉冲由窄缓慢变宽C3充电后，脉冲宽度不受影响C充电的影响。

(4)延迟回路

在可逆变换器中，换器中U两端上下两个MOSFET管道交替工作，因为管道有一定的时间关闭。如果在此期间另一个功率场效应管已经引导，则会导致上下两管短路导通(直通)。为避免直通，设置了由R、C由电路组成的逻辑延迟环节。确保两个管道的导通间隔为3μs。

2.3、SG3525外围电路

本文欲采用60kHz脉冲，根据：

则设置CT=4700pF，RT=5.1kW，RD=100W。取08管脚接软启动电容.1μF，13管脚接0.1μF电容滤清输出电压尖峰，2管脚由16管脚提供5.1V给定电压设置反馈。3、4、12管脚直接接地。

3、Matlab仿真搭建

3.1.控制芯片的模拟

利用MATLAB/smiulink库中的RepeaTIngSequenceInterpolated模型产生三角波，模拟SG3525振荡回路，芯片SG3525外围电路设计如图3所示。脉冲发生器起到脉冲波分布的作用，输出波的频率为30kHz，配合非门Relay所产生的60kHz脉冲波形进行分配，产生A、B芯片功能模拟如图4所示，输出端脉冲波形9。

图3 芯片SG3525外围电路设计

图4 模拟芯片功能

利用过流保护功能模拟系统中的过压保护功能Dish端的输入值大于12的时候，经过Relay1.逻辑非门的作用产生低电平，从而封锁A、B端的输出。

3.2.模拟电流/电压反馈控制

如图5所示，设置恒流反馈的采样电阻为0.0036W，恒压反馈直接反馈负载两端的电压。CC恒流反馈，CV恒压反馈。目标恒流为20A，恒流采样电压小于0.072V反馈为恒压CV，同时，还有设定值检测，此时反馈恒压12V的设定值。恒流采样电压不是0.072V反馈为恒流CC，同时，还有设定值检测，此时反馈为0.072V，即20A的设定值。

图5 选择电流/电压反馈控制的模拟

4、仿真验证

如图6所示，模拟参数中的输入电压为85~265V，仿真时间为4s，两个半桥的电容值为470mF，变压器容量为500VA，变比为3∶1.电流采样电阻为0.0036W，全桥滤波电容为11mF，输出滤波电容为4700mF。

图6 整体仿真系统

模拟结果如下：

(1)恒流下，220V输入电压，0.1W负载和0.6W负载，输出电流波形。

从图7和图8可以看出，当负载.1W和0.6W能恒流20A，且负载0.1W和0.6W超调量很低，分别是1%和2%.5%以内，当负载为0时.6W时纹波比0.1W时间大于2%。

(2)恒压下，220V输入电压，1W负载和10W负载，输出电压波形。

当负载大于0时，从图9和图10可以看出.6W当电压稳定在12时V，随着负载的增加，纹波越来越大，但在实际电路中，如果在输出中添加稳压管，则有助于稳定电压。

(3)220V输入电压，0.3W负载，当0出现时.5s瞬时断电恢复后，输出波形。

当电源处于恒流状态时，通常会模拟电网的瞬时断电0.5s，如图11所示，负载两端的断电时间为0.25s最小为18A恢复时间不到0.1s，满足要求。

(4)0.3W负载，85V和265V输入电压波形比较。

输入为265V响应时间约为0.3s，输出纹波小于1.当输入电压为855%时。V输出纹波小于1%，但响应时间慢于1%.7s，如果变压器变比降低或半桥电容增加，响应时间会大大降低。

5、结论

本文总结了基础SG3525半桥电源系统的设计方案，对主电路做了简要介绍，对SG在此基础上，对3525进行了详细的研究MATLAB对系统进行了详细的模拟验证。SG3525芯片作为电源的控制芯片，精度高，外围电路简单，大大简化和降低了电源的整体结构和成本。